Ag-ITO納米顆粒復合薄膜的制備及其光電性質

夏齊萍，王 軻

（安徽農業大學 經濟技術學院，安徽合肥 230000）

科技發展中，不同功能的顯示器件被廣泛應用在各行業中，其作為被動發光型顯示器，需要利用同時具有優異光電性能的導電薄膜，維持顯示界面的清晰度。在此背景下，研究人員提出在現有的ITO 薄膜的基礎上，應用Ag 材料，聯合制備Ag-ITO 納米顆粒復合薄膜，從而借助該薄膜，強化各類顯示器件的功能架構。

1 Ag-ITO納米顆粒復合薄膜概述

Ag-ITO 納米顆粒復合薄膜中的Ag 是指某種金屬材料，其在可見光范圍內反射率較高，光電性能優異，可作為可見光波段中應用價值較高的反射材料。不僅如此，Ag 電阻率通常為10-6Ω·cm，導電性能突出，可同時作為電極材料。ITO薄膜屬于光電材料，即具有導電性、透光性的薄膜，主要材料為氧化銦錫，電阻率為10-4Ω·cm，多用于除霜玻璃、等離子顯示、熱輻射反射鏡、LCD 液晶顯示器上。但由于ITO 薄膜電導率較低，容易產生較大功耗，為此，相關人員利用Ag材料與ITO 薄膜共同研制新型薄膜，即Ag-ITO 納米顆粒復合薄膜，繼而在Ag 組分作用下，提升ITO 薄膜導電特性，控制各類顯示器件的功耗。同時使該薄膜在確保顯示器件透光率的前提下，改善薄膜在高強光環境下的反射能力，強化顯示界面的對比度、畫面的整體亮度。

2 Ag-ITO納米顆粒復合薄膜的制備流程

2.1 清洗基片

選擇規格為20mm×20mm×1.2mm 的載玻片，并采用超聲清洗方法，具體方式如下：

（1）將載玻片放置在丙酮內超聲清洗9～10min。

（2）將其依次轉移至離子水、乙醇中，超聲清洗10min。

（3）將載玻片清洗干凈后取出，置于恒溫50℃的溫度條件下烘干處理。

2.2 制備ITO薄膜

聯合使用型號為JGP560的多功能磁控濺射儀，以及直流磁控濺射工藝完成ITO 薄膜的制備工作。

（1）制備ITO 薄膜時，需確保靶材純度不低于99.99%，所用ITO 靶為WT.10%SnO2+WT.90%In2O3。

（2）抽取真空室內的氧氣，將其調整為本底真空度，隨后放入高純度氬氣，關閉擋板，使真空室進行預濺射。

（3）預濺射時間通常為10min，之后可將擋板移開，正式開始濺射生成ITO 薄膜。在此過程中，提前準備的載玻片無須加熱，待濺射、沉積150s 后，對薄膜展開退火處理，退火過程中的溫度分別為200℃、300℃、500℃。退火60分鐘后，方可取出ITO 薄膜樣品，將其冷卻，薄膜溫度與室溫相同后可將其取出。

2.3 合成Ag-ITO納米顆粒復合薄膜

制備Ag-ITO 納米顆粒復合薄膜時，同樣采用濺射工藝，實驗設備是型號為JGP560的多功能磁控濺射儀。基本濺射時間、步驟、退火時間均與制備ITO 薄膜相同。但是需要在“貼片法”的應用中，將Ag-ITO 作為靶材，并利用銀漿將ITO、Ag 靶對稱的貼合，所用ITO、Ag 靶其純度均為99.99%。

Ag-ITO 納米顆粒復合薄膜合成完畢后，通過公式（1）、（2）計算該薄膜樣品中Ag 材料的實際含量。其中QM 表示Ag 在Ag-ITO 納米顆粒復合薄膜中的含量，mM、ρM、ρD、mD分別表示薄膜中Ag 的摩爾質量、密度，以及ITO 的摩爾質量與密度。SMD、x 為ITO 和Ag 的濺射比例、暴露面積。

3 Ag-ITO納米顆粒復合薄膜的光性質表征

3.1 反射光譜分析

基于Ag-ITO 納米顆粒復合薄膜的制備實驗，使用分光光度計，分別測量Ag-ITO 納米顆粒復合薄膜、ITO 薄膜的反射光譜，對比分析該復合薄膜的光性質，具體分析結果如下：

（1）在可見光范圍內，分析退火溫度不同時，薄膜的平均反射率。實驗表明，Ag 材料的實際含量，直接影響Ag-ITO薄膜的平均反射率，但從整體來看，Ag-ITO 薄膜反射率明顯高于未融合Ag 材料的ITO 薄膜。

（2）在百分比含量為0.6%時，Ag-ITO 薄膜在可見光范圍內，其平均反射率卻低于ITO 薄膜，且總體反射率均小于27%。由此可見，低含量的Ag-ITO 薄膜，Ag 金屬材料會通過透射形式與薄膜進行交互，若增加Ag 含量，則會導致Ag-ITO 納米顆粒復合薄膜制備時，其納米顆粒空間分布產生較大變化，最終造成薄膜粗糙問題，影響復合薄膜的反射性能。

（3）退火溫度作用于Ag-ITO 薄膜平均反射率時，退火溫度高時，Ag 材料中含有的剩余應力會被釋放，提升Ag 金屬材料結晶度，減少薄膜中的空隙、缺陷等問題，從而降低光傳輸過程中顯示器的能量損耗，保障復合薄膜的光放射強度。

（4）退火溫度持續升高時，薄膜顆粒尺寸會明顯增加，薄膜表層結構中顆粒尺寸隨之增大，最終使得微結構光散射問題突出，顯示器件功耗多，薄膜光反射強度下降。因此，復合薄膜的光平均反射率在不同退火溫度條件下，其反射結果會有較大差異性，在制備復合薄膜時，應嚴格按照Ag-ITO 薄膜的濺射工藝，控制薄膜退火溫度。

3.2 透射光譜分析

利用透射光譜分析Ag-ITO 納米顆粒復合薄膜光性質時，同樣需要使用可見分光光度計，對比測量Ag-ITO 復合薄膜、ITO 薄膜處于可見光光段內時的透射光譜。

（1）退火溫度升高時，透射光譜中Ag-ITO 復合薄膜的透射率呈上升趨勢。此種光學特性表征，主要是針對Ag 含量較低的復合薄膜，比如Ag 材料小于1%時所制備的Ag-ITO 薄膜。

（2）退火溫度持續提高時，ITO 薄膜基片中含有的Sn2+會通過氧化反應轉換為Sn4+，繼而使Ag-ITO 復合薄膜的透射率提高，薄膜致密度同樣會因此而增加。因此，在透射光譜中，可見光范圍內退火溫度升高時，Ag-ITO 復合薄膜可通過自身結晶度的增加，控制光散射時出現的損失，增加薄膜本身的透射率。在此期間，ITO 薄膜會在退火溫度超過300℃時，透過率明顯下降，究其原因在于氧原子的大量堆砌。

（3）由退火溫度、Ag 用量不同時，可見光范圍內Ag-ITO復合薄膜透射光譜變化可知，Ag 含量增加時，因納米Ag 顆粒會逐漸吸收可見光，所以Ag-ITO 薄膜平均反射率會對應的下降，使得該復合薄膜的平均反射率低于ITO 薄膜。同時隨著Ag 含量的持續增加，其納米顆粒尺寸空間更大，對可見光的吸收更多，繼而使得Ag-ITO 薄膜透射光譜中的透射率下降。

4 Ag-ITO納米顆粒復合薄膜的電性質

分析Ag-ITO 納米顆粒復合薄膜的電性質時，通常需要測量薄膜電阻值，計算其電阻率來評估該復合薄膜的電性能。具體來說，使用“四探針測量法”，分別測量Ag-ITO 納米顆粒復合薄膜、ITO 薄膜的面電阻，所測的電流量程為100μA，電壓量程為20mV。

除此之外，根據不同退火溫度下薄膜樣品的面電阻可知，Ag-ITO 納米顆粒復合薄膜、ITO 薄膜的面電阻在退火溫度影響下，二者變化趨勢基本一致。因此，可直接按照退火溫度對Ag-ITO 復合薄膜樣品面電阻本身造成的影響，分析其電學特性。

1）退火溫度高時，Ag-ITO 復合薄膜會明顯下降，原因在于退火時，薄膜中沉積的Sn2+會氧化，從而導致復合薄膜中自由電子含量增加、面電阻下降。

2）退火溫度持續升高時，且溫度大于300℃時，Ag-ITO復合薄膜會呈上升趨勢，這是由于Sn2+在氧化為Sn4+后，高濃度的Sn4+離子會與周圍Sn2+結合，產生復合缺陷，且該復合缺陷的帶電量為+3，而載流子濃度不會因此而提升。

3）在退火過程中，氧原子不斷堆砌后，退火溫度的上升會使Ag-ITO 復合薄膜面電阻上升，但是相對于ITO 薄膜，Ag-ITO 復合薄膜的導電性能良好。在室溫沉積下，Ag-ITO 復合薄膜中含有的Sn3O4、SnO 等錫氧化物，可形成電子陷阱將電子捕獲，以降低薄膜中載流子的實際濃度，并對面電阻產生影響。另外，Ag-ITO 復合薄膜中In2O3進行熱分解反應時，薄膜樣品中氧含量較低，內部載流子濃度、載流子遷移率會產生變化，繼而使得Ag-ITO 復合薄膜面電阻降低。

5 結束語

綜上所述，Ag-ITO 納米顆粒復合薄膜在顯示器件功能設計中有著不可替代的價值，其光電性質、制備流程的優化效果直接關系著顯示器功能的完善。因此，應結合Ag 金屬材料、ITO 薄膜的應用優勢，將高純度的Ag、ITO 靶材對稱貼合，制備復合型的納米顆粒復合薄膜。同時通過Ag-ITO 納米顆粒復合薄膜的光電特性分析，完善該薄膜制備流程，滿足光電復合材料的性能要求。